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Investigadores de COVID-19 identifican características de un súper esparcidor de virus

Velocidad de estornudo

Se muestra la velocidad del estornudo para cuatro tipos diferentes de nariz y boca. A) hay un conducto nasal abierto con dientes, B) un conducto nasal abierto sin dientes, C) un conducto nasal bloqueado sin dientes y D) un conducto nasal bloqueado con dientes. Crédito: Universidad de Florida Central

Los estornudos de las personas que tienen la nariz congestionada y una dentadura completa viajan aproximadamente un 60% más lejos que los de las personas que no, según un nuevo estudio.

Una nueva investigación de la Universidad de Florida Central ha identificado características fisiológicas que podrían convertir a las personas en superpropagadores de virus como COVID-19.

En un estudio que aparece este mes en la revista Física de fluidos, los investigadores del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la UCF utilizaron modelos generados por computadora para simular numéricamente los estornudos en diferentes tipos de personas y determinar asociaciones entre las características fisiológicas de las personas y qué tan lejos viajan y permanecen en el aire las gotas de sus estornudos.

Descubrieron que las características de las personas, como una nariz tapada o una dentadura completa, podrían aumentar su potencial para propagar virus al afectar la distancia que viajan las gotas cuando estornudan.

Según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de EE. UU., La principal forma en que las personas se infectan con el virus que causa el COVID-19 es a través de la exposición a gotitas respiratorias, como los estornudos y la tos que transportan virus infecciosos.

Saber más sobre los factores que afectan la distancia que viajan estas gotas puede informar los esfuerzos para controlar su propagación, dice Michael Kinzel, profesor asistente del Departamento de Ingeniería Mecánica de la UCF y coautor del estudio.

“Este es el primer estudio que tiene como objetivo comprender el ‘por qué’ subyacente de qué tan lejos viajan los estornudos”, dice Kinzel. “Demostramos que el cuerpo humano tiene influenciadores, como un complejo sistema de conductos asociado con el flujo nasal que en realidad interrumpe el chorro de la boca y evita que las gotas se dispersen a grandes distancias”.

Por ejemplo, cuando las personas tienen la nariz despejada, como por soplar con un pañuelo de papel, la velocidad y la distancia que viajan las gotas de estornudo disminuyen, según el estudio.

Esto se debe a que una nariz despejada proporciona un camino además de la boca para que salga el estornudo. Pero cuando la nariz de las personas está congestionada, el área por la que puede salir el estornudo se restringe, lo que hace que las gotitas de estornudo expulsadas de la boca aumenten su velocidad.

Del mismo modo, los dientes también restringen el área de salida del estornudo y hacen que las gotitas aumenten su velocidad.

“Los dientes crean un efecto de estrechamiento en el chorro que lo hace más fuerte y más turbulento”, dice Kinzel. “En realidad, parecen impulsar la transmisión. Entonces, si ves a alguien sin dientes, puedes esperar un chorro más débil por el estornudo de esa persona “.

Para realizar el estudio, los investigadores utilizaron modelos 3D y simulaciones numéricas para recrear cuatro tipos de boca y nariz: una persona con dientes y nariz limpia; una persona sin dientes y con la nariz despejada; una persona sin dientes y con la nariz congestionada; y una persona con dientes y nariz congestionada.

Cuando simularon estornudos en los diferentes modelos, encontraron que la distancia de rociado de las gotas expulsadas cuando una persona tiene la nariz congestionada y la dentadura completa es aproximadamente un 60 por ciento mayor que cuando no la tienen.

Los resultados indican que cuando alguien mantiene la nariz despejada, como soplarla con un pañuelo de papel, podría estar reduciendo la distancia que viajan sus gérmenes.

Los investigadores también simularon tres tipos de saliva: fina, media y espesa.

Descubrieron que la saliva más fina resultaba en estornudos compuestos por gotitas más pequeñas, que creaban un rocío y permanecían en el aire más tiempo que la saliva media y espesa.

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Por ejemplo, tres segundos después de un estornudo, cuando la saliva espesa llegaba al suelo y así disminuía su amenaza, la saliva más fina todavía flotaba en el aire como un transmisor potencial de enfermedades.

El trabajo se remonta al proyecto de los investigadores para crear una pastilla para la tos COVID-19 que daría a las personas una saliva más espesa para reducir la distancia que viajarían las gotitas de un estornudo o tos, y así disminuir la probabilidad de transmisión de enfermedades.

Los hallazgos brindan información novedosa sobre la variabilidad de la distancia de exposición e indican cómo los factores fisiológicos afectan las tasas de transmisibilidad, dice Kareem Ahmed, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la UCF y coautor del estudio.

“Los resultados muestran que los niveles de exposición dependen en gran medida de la dinámica de los fluidos, que pueden variar según varias características humanas”, dice Ahmed. “Tales características pueden ser factores subyacentes que impulsan los eventos de superpropagación en la pandemia COVID-19”.

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Los investigadores dicen que esperan mover el trabajo hacia estudios clínicos a continuación para comparar sus hallazgos de simulación con los de personas reales de diversos orígenes.

Los coautores del estudio fueron Douglas Fontes, investigador postdoctoral del Florida Space Institute y autor principal del estudio, y Jonathan Reyes, investigador postdoctoral en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la UCF.

Fontes dice que para avanzar en los hallazgos del estudio, el equipo de investigación quiere investigar las interacciones entre el flujo de gas, la película de moco y las estructuras tisulares dentro del tracto respiratorio superior durante los eventos respiratorios.

“Los modelos numéricos y las técnicas experimentales deben trabajar en conjunto para proporcionar predicciones precisas de la ruptura primaria dentro del tracto respiratorio superior durante esos eventos”, dice.

“Esta investigación potencialmente proporcionará información para medidas de seguridad más precisas y soluciones para reducir la transmisión de patógenos, brindando mejores condiciones para enfrentar las enfermedades habituales o las pandemias en el futuro”, dice.

Referencia: “Un estudio de la dinámica de fluidos y los factores de la fisiología humana que impulsan la dispersión de las gotas de un estornudo humano” por D. Fontes, J. Reyes, K. Ahmed y M. Kinzel, 12 de noviembre de 2020, Física de fluidos.
DOI: 10.1063 / 5.0032006

El trabajo fue financiado por la National Science Foundation.

Kinzel recibió su doctorado en ingeniería aeroespacial de la Universidad Estatal de Pensilvania y se unió a UCF en 2018. Además de ser miembro del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la UCF, parte de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Computación de la UCF, también trabaja con el Centro de UCF para Investigación avanzada en turbomáquinas y energía.

Ahmed es profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la UCF, miembro de la facultad del Centro de Investigación Avanzada de Turbomáquinas y Energía y del Centro de Florida para Aeropropulsión Avanzada. Se desempeñó durante más de tres años como ingeniero superior aeronáutico / térmico en motores militares Pratt & Whitney, trabajando en programas y tecnologías de motores avanzados. También se desempeñó como miembro de la facultad en Old Dominion University y Universidad Estatal de Florida. En UCF, lidera la investigación en propulsión y energía con aplicaciones para generación de energía y motores de turbinas de gas, motores de propulsión a reacción, hipersónica y seguridad contra incendios, así como investigaciones relacionadas con la ciencia de las supernovas y el control de transmisión COVID-19. Obtuvo su doctorado en ingeniería mecánica de la Universidad Estatal de Nueva York en Buffalo. Es miembro asociado del Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica y miembro del cuerpo docente del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de los EE. UU. Y de la Oficina de Investigación Naval.

Pilar Benegas es una reconocida periodista con amplia experiencia en importantes medios de USA, como LaOpinion, Miami News, The Washington Post, entre otros. Es editora en jefe de Es de Latino desde 2019.

Pilar Benegas
Pilar Benegas es una reconocida periodista con amplia experiencia en importantes medios de USA, como LaOpinion, Miami News, The Washington Post, entre otros. Es editora en jefe de Es de Latino desde 2019.

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